电流型矢量控制技术2

电流型矢量控制技术

摘要: 本文介绍了矢量控制技术的原理和基本方程式,提出了矢量

控制系统的总体设计案。

关键词:矢量控制技术 变频调速 电动机

Abstract: The paper introduced the principle and the

fundamental equation of the vector control technique,then put forward the total desion scheme for the vector control technique.

Key words: the vector control technique,frequency-conversion timing Motors

一、引言

科学技术的发展，对于改变社会的生厂面貌，推动人类文明向前发展具有特别重要的意义。电气自动化技术是多种学科的交叉综合。特别在电力电子，微电子及计算机技术迅速发展的今天，电气自动化技术更是日新月异。毫无疑问，电气自动化技术必将在建设“四化”，提高国民经济水平发挥重要的作用。

矢量控制技术是上世纪70-80年代发展起来的新技术，正逐步取代传统的直流调速。

交流电动机相对直流电动机结构简单，成本低，维修方便，但变频装置昂贵及交流调速性能差。长期以来，在调速领域里，一直都是直流传动占统治地位。近年来，随着电力电子技术的发展，情况有了很大的改变，与直流调速相比，交流调速用变频装置增加的成本已能被采用交流电动机而节约的成本所补偿。采用矢量控制后，交流调速的性能也能做到和直流一样。因此，在许多直流调速的世袭领域里出现了用交流调速取代直流调速的趋势。交-直-交变频传动是一种在大功率（500KW 以上）低速（600r/min 以下）范围内广泛采用的交流调速方案，正在轧机，矿山卷扬，电力机车，船舶推进，水泥，风洞等传动中逐步取代传统的大功率直流调速，取得了良好的经济效益，并提高其运行可靠性和生厂过程的自动化水平。

二、矢量控制的原理

任何拖动控制系统都服从于基本运动方程式:

M -z M =2

)(GD /375X n d (/t d )

由此可以看出,在恒转矩负载的起动、制动和调速，如果能够控制电磁转矩M 恒定，即可获得恒加（减）速运动，在突加负载扰动时，如果能

够尽量迅速地把电磁转矩提高上去即可获得较小的动态速降和较快的

恢复时间。总之，调速系统的动态性能归根结底就是电磁转矩的控制性能。欲改善转矩的控制性能，必须对定子电压或电流实施矢量控制，既控制大小，又控制方向。

一个矢量通常用它在直角坐标系上的两个分量来表达，交流电机的所以矢量（磁通势、磁链、电压、电流等）都在空间以同步速旋转，它们在定子坐标系（静止系）上的各分量，即在定子绕组上的物理量，都是交流量，控制和计算不方便。借助于坐标变换，使人从静止坐标系进入同步旋转坐标系，站在旋转坐标系上看，电动机各矢量都变成了静止矢量，它们在坐标系上的各分量都是直流量，可以很方便地从统一转矩公式出发，找到转矩和被控矢量（电压或电流等矢量）各分量间的关系，实时地算出转矩控制所需的被控矢量各分量的值（直流给定量）。由于这些被控矢量的直流分量在物理上不存在，我们还必须在经坐标变换，从旋转坐标系回到静止系，把上述直流给定量变换成物理上存在的交流给定量，在定子坐标系对交流量进行控制，使其实际值等于给定值。

坐标变换

（动静）

矢量控制过程框图

矢量控制的基本思路就是按照产生同样的旋转磁场一一等效原则建立起来的。

B

等效的交流电动机绕组与直流电动机绕组

众所周知，三相固定的对称绕组A、B、C通以三相正弦平衡电流a i、b i、c

i时即产生转速为

W的旋转磁场如图(a)所示，产生旋转磁场不一定要三相不可，除单相以外，二相，三相……等任意的多相相对称绕组，通以多相平衡电流都能够产生磁场。图(b)是两相固定绕组e和f(位置上差

090)通以两相平衡电流e i 和f i (时间上差0

90)时所产生的旋转磁场φ,当

旋转磁场的大小与转速都相同时,(a),(b)的两套绕组等效。图(c)中有两个匝数相等,互相垂直的绕组M 和T 分别通以直流电流M i 和T i 产生位置固定的磁通,自然随着旋转起来,也可以和(a),(b)中的绕组等效.当观察者站到铁心上和绕组一起旋转时,在它看来是两个通以直流的互相垂直的固定绕组.如果取磁通的位置和M

流电机绕组没有差别了,如下图做示

其中m F 是电枢磁势,t F 是励磁磁势,绕组'tt 是等效的励磁绕组,绕组'aa 是与待换电器的电枢绕组的等效的绕组,这是(c)中的M 绕组相当于励磁绕组,T 绕组相当于电枢绕组。

这样以产生同样的旋转磁场为准则，(a)的三相绕组,(b i )的二相绕组和(c)的直流绕组等效。a i 、b i 、c i 与e i 、f i 及M i 、T i 之间存在着确定的关系，即矢量关系。要保持M i 、T I 为某一定值a i 、b i 、c i 必须按一定的规律变化。只要按照这个规律去控制三相电流a i 、b i 、c i 就可以等效的控制M i 、T i 达到所需控制转矩的目的，从而得到和直流电机一样的控制性能，这就是矢量控制。

三、矢量控制的基本方程式

由电磁转矩的电压方程式可知，当假定Φd 2=Φq 2=常数时可得 -M/L 2R 2ldq i +R 2/L Φ2+j ωs Φ2=0

考虑到ωs =ωl -ωm 和ldq i =+j lq i 上式的实和虚部应分别等于0，于是得 ld i =Ψ2/M=I 0 --------(1)

l ωl =ωm =(M/L 2)(R 2/Ф2)lq i --------(2)

ωs =(M/L 2)(R 2/Ф2)lq i -------------(3)

式(1)中矢量控制确定定子电流励磁分量的计算式,式(2)的确定电机电源率ωl 的计算式,式(3)是转差率ωs 的计算式。

电磁转矩计算式(3)变为：